利用全球望遠鏡網(wǎng)絡，天文學家探測到了迄今為止宇宙中所發(fā)現(xiàn)的質量最低的暗天體。如果能夠找到更多此類天體并揭示其本質，那么一部分關于暗物質性質的理論假說可能將被排除。相關研究結果已于近期以兩篇論文的形式發(fā)表于《自然·天文學》和《皇家天文學會月刊》上。

宇宙中的低質量天體

ΛCDM模型，是宇宙學的主流模型。在這個模型中，宇宙的組成成分有三種：普通物質僅占宇宙的5%，包括恒星、行星、氣體、塵埃等我們能觀測到的物質；約25%是由本質未知的暗物質構成；還有高達約70%則是由同樣神秘的暗能量構成。

ΛCDM模型非常成功地解釋了大尺度宇宙結構和膨脹歷史。但在比星系更小的尺度上，支持ΛCDM模型的觀測證據(jù)目前還不確定。原因在于：普通物質、輻射和暗物質之間存在非常復雜、非線性的相互作用，使模型預測和實際觀測難以完全匹配。

要在低質量天體（不超過約10?倍太陽質量）范圍內檢驗ΛCDM，有一個核心難題：這些天體通常又遠又暗，很難準確測量它們的亮度、大小和總質量。

對于會發(fā)光的低質量天體，例如超致密矮星系和球狀星團，天文學家目前只能在近域宇宙中直接看到它們。相比之下，利用星系團的強引力透鏡的放大效應，已經(jīng)幫助科學家能在極早期宇宙探測到一些更遙遠的天體，例如矮星系、星團，甚至是單顆恒星。

引力透鏡效應：遙遠星系發(fā)出的光在經(jīng)過地球與星系之間的大質量星系團時，由于星系團的強大引力會扭曲時空，所以光的路徑也會發(fā)生彎曲。（圖/L. Hustak, STScI）

不過，這類觀測僅對這些天體發(fā)出的光敏感，無法直接測量它們所包含的總質量，特別是暗物質部分，只能通過間接方式推算。

除此之外，還有一些低質量天體本身是不發(fā)光的，例如暗物質暈或孤立的中等質量黑洞，它們不會產(chǎn)生可觀測的電磁信號，因此更難被發(fā)現(xiàn)。

但強引力透鏡效應，為研究幾乎不發(fā)光或完全沒有電磁輻射的低質量天體，提供了一條強有力的研究途徑。

來自“地球級望遠鏡”的突破

JVAS B1938+666是一個強引力透鏡系統(tǒng)。前景中有一顆早型星系，它使得來自更遠處的背景星系發(fā)出的光和射電信號都產(chǎn)生了引力透鏡效應。

在新的研究中，為了尋找JVAS B1938+666系統(tǒng)中是否還存在其他低質量暈，研究團隊使用了由全球多臺望遠鏡組成的網(wǎng)絡，其中包括綠岸射電望遠鏡（GBT）、甚長基線陣（VLBA）和歐洲甚長基線干涉網(wǎng)（EVN），這些設備共同構成了一個相當于“地球尺度”的超級望遠鏡，用以捕捉暗天體引力透鏡效應產(chǎn)生的微弱信號。

為了處理規(guī)模極其龐大且復雜的觀測數(shù)據(jù)，他們還開發(fā)了必須在超級計算機上才能運行的全新建模算法。研究團隊預計，包括銀河系在內的每個星系，都布滿了暗物質小團塊，這意味著需要大量繁重的數(shù)值計算工作。

他們采用了一種名為“引力成像”（GI）的特殊技術，這是一種基于像素化的非參數(shù)建模手段，可用于在強透鏡系統(tǒng)中識別局部質量過密的區(qū)域。

黑色環(huán)狀結構及中心點為遠方星系在引力透鏡作用下的紅外成像，橙紅色區(qū)域為同一星系的射電輻射。放大圖顯示了由另一顆更小的暗引力透鏡引起的弧線收縮（白色斑點所示）。（圖/Keck/EVN/GBT/VLBA）

結果是，在第一張高分辨率圖像中，他們立刻注意到引力弧出現(xiàn)“收縮”的現(xiàn)象，而這正是提示有可能發(fā)現(xiàn)異常的關鍵跡象。而且不論如何調整模型參數(shù)，它都穩(wěn)定存在，因此可信度很高。唯一能造成這種現(xiàn)象的，是在地球與那個遙遠射電星系之間，存在一個額外的小質量攝動體。

研究結果表明，這個神秘天體的質量約為10?倍的太陽質量，位于距離地球約100億光年的宇宙深處。這是迄今利用該技術發(fā)現(xiàn)的質量最低的天體，其質量比此前通過類似方法探測到的天體低約兩個數(shù)量級。

這一天體不發(fā)出任何光或其他輻射，但關于其真實屬性仍不得而知：它可能是一個暗物質團，也可能是一個極為緊致、處于靜止狀態(tài)的矮星系。

暗物質理論或面臨篩選

研究團隊正進一步分析數(shù)據(jù)，以便更好地理解這個神秘的暗物體究竟屬于何種性質；同時，他們也正在觀測天空的其他區(qū)域，嘗試用同樣的方法尋找更多類似的低質量暗天體。

發(fā)現(xiàn)這類低質量天體對于理解暗物質的本質至關重要。暗物質除了引力效應外幾乎無法被直接感知，但科學界認為，它決定了星系、恒星及其他可見天體在宇宙中的分布格局。天文學家關心的核心問題之一是：暗物質是否能夠在沒有恒星存在的情況下，以小團塊形式獨立存在？這一問題的答案可能驗證或推翻部分暗物質理論。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02651-2

https://doi.org/10.1093/mnrasl/slaf039

https://www.ucdavis.edu/news/astronomers-find-mystery-dark-object-distant-universe

https://www.mpg.de/25518363/1007-asph-astronomers-image-a-mysterious-dark-object-in-the-distant-universe-155031-x?c=2249

#圖片來源：

封面圖&首圖：Keck/EVN/GBT/VLBA